Question

【題目】化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量污染大氣的二氧化硫和溫室氣體二氧化碳。而氫氣和氮?dú)舛急徽J(rèn)為是無(wú)碳無(wú)污染的清潔能源。

Ⅰ.“氫能”將是未來(lái)最理想的新能源。

（1）某些合金可用于儲(chǔ)存氫，金屬儲(chǔ)氫的原理可表示為M（s）+xH2═MH2x（s） △H<0（M表示某種合金）。圖甲表示溫度分別為T(mén)1、T2時(shí)，最大吸氫量與氫氣壓強(qiáng)的關(guān)系。

下列說(shuō)法中正確的是___（填字母代號(hào)）。

a.T1>T2

b.增大M的量，上述平衡向右移動(dòng)

c.增大氫氣壓強(qiáng)，加快氫氣的吸收速率

d.金屬儲(chǔ)氫過(guò)程中M作還原劑，價(jià)態(tài)升高

（2）工業(yè)上通常用生產(chǎn)水煤氣的方法制得氫氣。其中C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) △H>0，在850℃時(shí)平衡常數(shù)K=1。若向1L的恒容密閉真空容器中同時(shí)加入xmolC和6.0molH2O。

①850℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，x應(yīng)滿(mǎn)足的條件是_____。

②對(duì)于上述平衡狀態(tài)，改變下列條件能使反應(yīng)速率增大，且平衡向正向移動(dòng)的是____（填字母代號(hào)）。

a.選用更高效的催化劑

b.升高溫度

c.及時(shí)分離出氫氣

d.增加氫氣的濃度

Ⅱ.CO2是合成尿素的原料。

現(xiàn)以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，稀土金屬材料為電極組成氫氧燃料電池（如裝置乙所示），其中負(fù)極通入H2，正極通入O2和CO2的混合氣體。裝置丙中a、b為石墨，電解一段時(shí)間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，NaCl溶液的體積為100mL。

（1）工作過(guò)程中，裝置乙中電極c為____（填電極名稱(chēng)）極。

（2）若在a極產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，25℃時(shí)丙裝置中所得溶液pH=____（忽略電解前后溶液體積變化，不考慮氣體的溶解）。

Ⅲ.氨是制備尿素的原料。NH3、N2O4等在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航天航空等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

（1）氨在氧氣中燃燒，生產(chǎn)水和一種空氣組成成分的單質(zhì)。已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4kJ/mol，H2的燃燒熱為286kJ/mol。試寫(xiě)出氨在氧氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：________________________。

（2）氨氣溶于水得到氨水，在25℃下，將amol·L-1的氨水和bmol·L-1的硫酸溶液以3:2的體積比混合，反應(yīng)后溶液呈中性。用含a和b的代數(shù)式表示出NH3·H2O的電離平衡常數(shù)：___________。

（3）用氨水除去SO2，已知25℃時(shí)，NH3·H2O的Kb=1.8×10-5，H2SO3的Ka1=1.3×10-2，Ka2=6.2×10-8。若氨水的濃度為2.0mol·L-1，將SO2通入該氨水中，當(dāng)c(OH-)降至1.0×10-7mol·L-1時(shí)，溶液中離子濃度從大到小的關(guān)系是_________________。

Answer 1

【答案】cd x>2 b 負(fù) 13 4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(l) △H=-1531.2kJ/mol ×10-7 c(NH4+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)

【解析】

Ⅰ．（1）在壓強(qiáng)相同的條件下，T1對(duì)應(yīng)的吸氫量大，也就是T2→T1，平衡正向移動(dòng)，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度不變平衡常數(shù)不變，結(jié)合表達(dá)式分析求解；

（2）①設(shè)轉(zhuǎn)化的水為amol，根據(jù)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算；

②化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，結(jié)合影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素和影響化學(xué)平衡的影響因素，以此進(jìn)行判斷，得出正確結(jié)論。

Ⅱ．（1）以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，稀土金屬材料為電極組成氫氧燃料電池（如圖乙所示），其中負(fù)極通入H2，正極通入O2和CO2的混合氣體，圖丙裝置中a、b為石墨電極，電解一段時(shí)間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，說(shuō)明溶液中氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b電極為電解池陰極，a為電解池陽(yáng)極，和b電極相連的電極c電極為負(fù)極，與a電極相連的d電極為原電池正極。

（2）依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算。

Ⅲ.（1）根據(jù)蓋斯定律求解。

（2）根據(jù)電荷守恒：c（H+）+c（NH4+）=c（OH-）+2c（SO42-），現(xiàn)已知c（H+）=c（OH-），所以c（NH4+）=2c（SO42-）；然后根據(jù)Kb（NH3H2O）得出。

（3）當(dāng)c(OH-)降至1.0×10-7mol·L-1時(shí)，c(H+)=1.0×10-7mol·L-1，根據(jù)H2SO3的Ka2=6.2×10-8= c(SO32-)c(H+)/ c(HSO3-)，其中已知c(H+)，代入計(jì)算，可得到c(SO32-)/ c(HSO3-)=6.2×10-8/1.0×10-7=0.62<1，所以c(HSO3-)>c(SO32-)，該溶液為亞硫酸銨和亞硫酸氫銨的混合液，故銨根離子濃度最大，最小的是氫離子和氫氧根離子濃度。

Ⅰ. （1）a.在壓強(qiáng)相同的條件下，T1對(duì)應(yīng)的吸氫量大，也就是T2→T1，平衡正向移動(dòng)，而正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以T2→T1，是降溫，所以T2＞T1，故a錯(cuò)誤；

b．M為固體，增大M的量，濃度不變，上述平衡不移動(dòng)，故b錯(cuò)誤；

c．增大氫氣壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，氫氣的吸收速率加快，故c正確；

d．金屬儲(chǔ)氫的原理可表示為：M（s）+xH2═MH2x（s）△H＜0 平衡可以正向或逆向進(jìn)行，反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)多次儲(chǔ)存和釋放氫氣，金屬儲(chǔ)氫過(guò)程中M做還原劑，價(jià)態(tài)升高，故d正確；

故答案為：cd；

（2）① C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)

起（mol） 6 0 0

轉(zhuǎn)（mol） a a a

平（mol） 6-a a a

K= a×a/ 6-a=1, a=2，故x應(yīng)滿(mǎn)足的條件是x>2，故答案為：x>2。

②a．選用更高效的催化劑增大反應(yīng)速率，平衡不變，故a錯(cuò)誤；

b．反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，故b正確；

c．及時(shí)分離出氫氣平衡正向進(jìn)行，但反應(yīng)速率減小，故c錯(cuò)誤；

d．增加氫氣的濃度平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，故d錯(cuò)誤；

故答案為：b；

Ⅱ. （1）圖丙裝置中a、b為石墨電極，電解一段時(shí)間后，b電極附近滴入酚酞溶液變紅，說(shuō)明溶液中氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則b電極為電解池陰極，a為電解池陽(yáng)極，和b電極相連的電極c為負(fù)極，與a電極相連的d電極為原電池正極，故裝置乙中電極c為負(fù)極，故答案為：負(fù)；

（2）依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算，a極為電解池陽(yáng)極，產(chǎn)生112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體為氫氣，物質(zhì)的量0.005mol，電極反應(yīng)2H++2e-=H2↑，消耗氫離子物質(zhì)的量為0.01mol，溶液中生成氫氧根離子物質(zhì)的量為0.01mol，溶液中氫氧根離子濃度c（OH-）=0.01mol/0.1L=0.1mol/L，溶液中c（H+）=1014/0.1=10-13mol/L，溶液PH=13，故答案為：13；

Ⅲ.（1）已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4kJ/mol，H2的燃燒熱為286kJ/mol，

①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4kJ/mol，

②2H2（g）+O2（g）═2H2O（1）△H=-572KJmo1-1，

根據(jù)蓋斯定律計(jì)算②×3-①×2得出氨氣在氧氣中燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：

4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(l) △H=-1531.2kJ/mol，故答案為：4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(l) △H=-1531.2kJ/mol 。

（2）根據(jù)電荷守恒：c（H+）+c（NH4+）=c（OH-）+2c（SO42-），現(xiàn)已知c（H+）=c（OH-），所以c（NH4+）=2c（SO42-）；Kb（NH3H2O）=c（OH）c（4+）/c（NH3H2O），c（OH-）=10-7molL-1，c（NH4+）=4b/5molL-1， c（NH3H2O）=(3a-4b)/5 molL-1，Kb（NH3H2O）=c（OH）c（NH4+）/c（NH3H2O）=4b/5×10-7/(3a-4b)/5=×10-7，故答案為：×10-7。

（3）當(dāng)c(OH-)降至1.0×10-7mol·L-1時(shí)，c(H+)=1.0×10-7mol·L-1，根據(jù)H2SO3的Ka2=6.2×10-8= c(SO32-)c(H+)/ c(HSO3-)，其中已知c(H+)，代入計(jì)算，可得到c(SO32-)/ c(HSO3-)=6.2×10-8/1.0×10-7=0.62<1，所以c(HSO3-)>c(SO32-)，該溶液為亞硫酸銨和亞硫酸氫銨的混合液，故銨根離子濃度最大，最小的是氫離子和氫氧根離子濃度，故溶液中離子濃度從大到小的關(guān)系是c(NH4+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)，

故答案為：c(NH4+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)。